• 分類：應用
• 作者：航晶微電子
• 來源：
• 發布時間：2021-07-28
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許多工程師第一次使用模擬開關，往往會把模擬開關完全等同于機械開關。其實模擬開關雖然具備開關性，但和機械開關有所不同，它本身還具有半導體特性： 模擬開關的模擬特性 　　（1）導通電阻(Ron)隨輸入信號(Vin)變化而變化 　　圖1a是模擬開關的簡單示意圖，由圖中可以看出模擬開關的常開常閉通道實際上是由兩個對偶的N溝道MOSFET與P溝道MOSFET構成，可使信號雙向傳輸，如果將不同Vin值所對應的P溝道MOSFET與N溝道MOSFET的導通電阻并聯，可得到圖1b并聯結構下Ron隨輸入電壓(Vin)的變化關系，如果不考慮溫度、電源電壓的影響，Ron隨Vin呈線性關系，將導致插入損耗的變化，使模擬開關產生總諧波失真(THD)。此外，Ron也受電源電壓的影響，通常隨著電源電壓的上升而減小。 　　（2）模擬開關輸入有嚴格的輸入信號范圍 　　由于模擬開關是半導體器件，當輸入信號過低(低于負電源電壓)或者過高(高于正電源電壓)時，MOSFET處于反向偏置，當電壓達到某一值時(超出限值0.5～4V)，此時開關無法正常工作，嚴重者甚至損壞。因此模擬開關在應用中，一定要注意輸入信號不要超出規定的范圍。 　　模擬開關部分電路可以等效成圖2 　　（3）電荷注入 　　應用機械開關我們當然希望Ron越低越好，因為低阻可以降低信號的損耗。然而對于模擬開關而言，低Ron并非適用于所有的應用，較低的Ron需要占據較大的芯片面積，從而產生較大的輸入電容(雜散電容)，與構成模擬開關的NMOS和PMOS管相伴的雜散電容引起的一種電荷變化稱為“電荷注入”。在每個開關周期其充電和放電過程會消耗更多的電流，而且還會產生正向尖峰和負向尖峰。時間常數t=RC，充電時間取決于負載電阻R和電容C，一般持續幾十ns。這說明低Ron具有更長的導通和關斷時間。為此，選擇模擬開關應該綜合權衡Ron和注入電荷。 　　（4）開關斷開時仍會有感應信號漏出 　　這一特性指的是當模擬開關傳輸交流信號時，在斷開情況下，仍然會有一部分信號通過感應由輸入端傳到輸出端，或者由一個通道傳到另一個通道。通常信號的頻率越高，信號泄漏的程度越嚴重。 　　（5）傳輸電流比較小 　　模擬開關不同于機械開關，它通常只能傳輸小電流，目前CMOS工藝的模擬開關允許連續傳輸的電流大多小于500mA。 　　（6）邏輯控制端驅動電流極小 　　機械開關邏輯控制端的驅動電流往往都是mA級，有時單純靠數字I/O很難驅動。而模擬開關的邏輯控制端驅動電流極小，一般低于nA級。因此，它完全可以由數字I/O直接驅動，從而達到降低功耗、簡化電路的目的。 模擬開關的開關特性 ? 　　（1）信號可雙向傳輸 　　有些人習慣于把模擬開關的兩個常開常閉端稱之為輸入端，公共端稱之為輸出端，其實這只是根據模擬開關的具體應用給予的臨時定義。模擬開關大多可以使信號雙向傳輸，如果忽略這一點，就很容易使電路出現問題，比如將電壓反向偏置、電流倒灌等。 　　（2）開關斷開后漏電流極小 　　模擬開關在斷開(OFF)時會呈現高阻狀態，兩傳輸端間的漏電流極小，一般只有nA級以下，很多模擬開關斷開后的漏電流約為1nA。這么微弱的電流在應用中可忽略不計，模擬開關此時可被認為是理想斷開的。 　　模擬開關在斷開時的等效電路如圖3 總之，模擬開關是具有開關功能的半導體器件，在應用過程中既要充分利用它的開關功能，又要考慮它的半導體特性，否則可能會出現意想不到的麻煩。